1引言
随着网络的深入人心，新业务发展迅猛，数据业务快速发展、业务量迅速膨胀。一方面，由于在传统电信网络中业务都是由交换机来管理控制的，在传统的基于TDM的PSTN网中，新业务的开发周期较长，且业务的移植性较差，就使传统的电信网在面对竞争日趋激烈的市场时显得力不从心。另一方面，随着传输设备及半导体芯片的不断发展，传输网络(IP/ATM)传输数据的能力不断增强，由此便有在IP网络上传输电信业务的可能性和必要性。下一代网络(NGN)正是在此基础上产生的，他主要基于分组技术，能够提供包括电信业务在内的多种业务的统称，他涵盖了传送网、IP网、业务网、软交换等多项网络技术。NGN建立在业务与下层传送功能分离的基础上，业务独立于网络，有效地克服了传统电信网在提供新业务方面的弱点，迎合了面向业务来发展网络的思想。在过去几年里，国内外各大运营商都相继进行了NGN的试验，成功地在NGN网络上进行了数据、话音、视频等媒体的传送，充分体现了NGN网络的发展潜力。
软交换是下一代网络的重要组成部分，是NGN的控制单元，其主要设计思想是将传统交换机中的呼叫控制单元从交换机中分离出来，形成NGN中的控制层面。通过标准协议与NGN网中的其他单元进行通信，软交换能够整合语音、数据与图像，并能在不同的网络之间如无线与有线系统之间进行协议转换。
2软交换概述
狭义上讲，软交换专指软交换设备。基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)、信令互通(如从SS7到IP)。软交换是NGN的控制功能实体，是NGN呼叫控制和连接控制的核心。他独立于底层承载协议，完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。因为NGN是一个融合网络，网络必须互通是NGN发展的关键。软交换通过对各种媒体网关的控制实现不同网络之间的业务层融合。软交换作为控制中心，通过网关发出信令，控制语音／数据业务通路。
3软交换的体系结构
如图1所示。接入层主要由各种网关设备及终端用户组成，负责将用户连接至网络，集中用户业务并将他们传递至目的地；传输层主要指各种传输网络，负责将信息格式转换成能够在网络上传递的格式，例如将话音信号分割成ATM信元或IP包；控制层包含呼叫智能，主要由软交换设备组成，此层决定用户收到的业务，并控制低层网络元素对业务流的处理；业务层在呼叫建立的基础上提供额外的服务，并提供开放的业务开发接口API。
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软交换的4个功能层面相互分离，其设计思路主要有以下几个特点：
高效灵活软交换体系结构的最大优势是将业务层和控制层与核心设备完全分离，有利于以最快的速度、最高效的方式引入各类新业务，缩短了新业务的开发周期。
开放性由于软交换体系架构中的所有网络部件之间均采用标准协议，因此各个部件之间既能够独立发展、互不干涉，又能有机结合成为一整体，实现互联互通。
多用户软交换的设计思想迎合了电信网、计算机网和有线电视网三网合一的大趋势。
强大的业务功能软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户制定各种新业务和综合业务，最大限度地满足客户的需求。
4软交换的主要协议
4.1H.248/MEGACO协议
H.248和MEGACO协议均为媒体网关控制协议。在软交换系统中，H.248协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与H.248终端之间，软交换通过此协议控制媒体网关／H.248终端上的媒体／控制流的连接、建立和释放。H.248和MGCP均是网关分解的产物，也基于主从工作模式，所以具备MGCP的所有优点，且H.248独立于承载，支持二进制和文本两种编码格式。其缺点是目前需要完善，尚不成熟。由于H.248/MEGACO是ITU－T和IETF共同推荐的协议，因此许多设备制造商和运营商看好这个协议。
4.2MGCP协议
MGCP协议主要用于软交换和媒体网关或软交换与MGCP终端之间，软交换通过此协议控制媒体网关／MGCP终端上的媒体／控制流的连接、建立和释放。MGCP协议基于主从结构，因此其解决方案有利于网关的互连，适合构建大规模网络，且可以和7号信令网关配合工作，并能与他良好集成，协议具有很好的扩展性。此外，由于呼叫控制与媒体处理分离，使运营商可用多个厂家的设备来构建网络。MGCP协议的缺点是MGCP与H.248／MEGACO存在竞争关系，而后者已于2000年年初由IETF和ITU签署认可。
4.3SIP协议
SIP(SessionInitiationProtocol)是IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议，采用基于文本格式的C／S的工作方式，由客户机发起请求，服务器进行响应。SIP独立于低层协议，采用应用层可靠性机制来保证消息的可靠传送。SIP类似于其他的Internet协议，采用分布式的呼叫控制与管理模型。SIP协议最大的特点是仅需利用已定义的消息头字段，对其进行简单必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务，具有很强的灵活性和扩充性。此外，SIP还支持多种地址格式，包括E164和URL等。
在软交换系统中，SIP协议用于软交换与SIP终端、应用服务器、SIP网络的互通。SIP协议简单、灵活，很容易增加新业务，扩展性强，具备终端能力检测、在线检测、支持移动性、组播等能力，而且采用文本格式，开发人员容易理解，并被指定为3G的控制协议，具有很大的发展前景。其缺点是不够成熟，需与其他协议配合使用，单独应用的范围窄。
4.4BICC协议
BICC协议的全称为与承载无关的呼叫控制协议，他是由ITUT第11组提出的信令协议。BICC协议属于应用层控制协议，可以用于建立、修改和终结呼叫，可以承载全方位的PSTN/ISDN业务。他采用呼叫信令和承载信令功能分离的思路，重新定义了一个在骨干网络中使用的呼叫控制信令协议，包括7号信令网络、ATM网络和IP网络在内的各种网络。呼叫控制协议基于NISUP信令，沿用ISUP中的相关消息，并利用APM(ApplicationTransport Mechanis m)机制传送BICC特定的承载控制信息。由于采用了呼叫与承载分离的机制，使异种承载的网络之间的业务互通变得十分简单，只需要完成承载级的互通，业务不用进行任何的修改。
BICC协议可以在软交换之间使用。目前软交换之间可以采用的控制协议有2种：SIP协议和BICC控制协议，但具体应该采用哪种还没有定论。从协议的成熟度上讲，由于SIP协议的研究比BICC协议早，所以其成熟度高于BICC协议。但BICC由于采用了ISUP形式，其与现有7号信令互通方面强于SIP。
4.5SCTP协议
SCTP是IETFSIGTRAN小组提出的流控制传送协议，主要在无连接的网络上传送PSTN信令消息，该协议可以在IP网上提供可靠的传输协议。SCTP用来在确认的方式下，无差错、无重复地传送用户数据；根据通路的MTU限制，进行用户数据分段；并在多个流上保证用户消息的顺序递交；把多个用户的消息复用到SCTP的数据块中；利用SCTP偶联机制提供网络级在故障情况下，用户信息可靠传送的保证，同时SCTP还具有避免拥塞、避免遭受泛播及匿名攻击的特点。
SCTP可以在IP网上承载7号信令，完成IP网与现有7号信令网和智能网的互通。同时SCTP还可以承载H.248，ISDN，SIP，BICC等控制协议，因此，SCTP是IP网上控制协议的主要承载者。
4.6H.323协议
H.323是用于包交换网的多媒体通信标准，用于不支持QoS的网络环境，这些网络构成当前企业的主要计算机环境，包括高速Ethernet，FDDI，令牌环网，ATM上的TCP／IP和IPX。H.323是一个广范的标准，包括独立的设备、个人计算机嵌入技术及点对点和多点会议系统。H.323还涉及呼叫控制(callcontrol)、多媒体管理、带宽管理及与各种网络之间的接口。
H.323基于集中式对等结构，其优点是协议成熟，定义完全，设备的稳定性强，互通性较好；缺点是协议复杂、成本高、不能与No．7集成、不适用于组建大规模网络，且没有拥塞控制机制、服务质量不能得到保证、效率和扩展性较差。
5软交换的主要应用
软交换是网络中的控制单元，针对不同的网络状况和业务需求，他可以应用在以下几个方面：
虚拟中继(virtualtrunking)提供电信级、7号信令端到端的大规模VoIP/ATM呼叫。软交换与媒体网关之间通过MGCP/H.248通信，软交换可面向其他网络提供SS 7，INAP，H.323，SIP等多种协议，实现NGN和PSTN，IN，H.323，SIP等网络的通信。
多媒体业务应用(multimediaapplication)通过应用服务器向第三方提供API，支持第三方的应用开发。
电信级拨号接入(carrierclassdialin)其媒体网关同时具备VoIP网关和关守2种功能，在软交换的控制下，使全网媒体网关能统一管理，并能进行拨号上网用户数据旁路，且支持多ISP方案。
下一代本地交换系统(nextgenerationlocalswitch)提供数据终端与PSTN网电信级互联互通。支持对个人用户（IP Phone/PC）、企业用户(IP PBX)及不同网络(H.323/SIP)的接入。
3G3G的发展趋势是最终与IP网融合形成统一的IP网，IP网通过软交换的控制，及无线网关向3G用户提供宽带数据业务，同时也可通过VoIP的方式提供语音业务。
6软交换网络需要解决的问题
从目前的发展情况来看，软交换网络主要是应用在固定网络的话音业务领域，且大多处于实验阶段，没有太多的大规模商用经验，许多如QoS，安全、网管、业务提供方式等重要问题还有待进一步研究。
6.1软交换网络的QoS
与传统电信网络相比，软交换网络面临的一个重要问题就是服务质量，软交换网络本身并不能解决服务质量问题，服务质量很大程度上取决于软交换网络的承载网络，承载网络可以为ATM和IP两种方式，对于ATM承载方式，由于ATM机从开始就是为综合业务设计的，所以有很强的QoS机制，可以保证话音的服务质量，但是，就目前厂家设备的开发情况和网络的发展趋势来看，以IP作为软交换网络的承载网络是大势所趋，因此建设软交换网络时必须考虑如何解决IP承载网络的QoS。
6.2软交换网络的业务提供能力
对于传统运营商，引入软交换网络的一个很大动力就是与传统网络相比，软交换网络可以提供更多的增值业务。目前来看，软交换网络主要由3种业务提供方式：在软交换内部直接实现，与现有智能网互通实现，以及与应用服务器配合实现。其中，与应用服务器配合的业务提供方式是软交换网络的未来发展趋势。由于应用服务器上可提供开放的API接口，应用服务提供商可通过API调用通信网络资源开发新的增值业务。通过这种方式主要实现各种语音与数据相结合的增值业务，这些业务和应用在现有的网络中很难实现。此种业务提供方式的优势是可以与第三方的应用开发商配合开发业务，从而打破了原有电信网络封闭的业务开发环境，丰富了业务开发的种类并缩短了业务提供的周期。不过，这种业务提供方式存在的问题是软交换与应用服务器的互通协议尚未确定，可以为SIP，INAP等，从而使这种业务提供方式的业务开发潜力、业务管理、计费、安全等问题都有待研究。
此外，通过应用服务器方式提供的各种增值业务需要相对智能的终端的支持，这些智能终端一旦引入，面临的一个重要问题就是地址资源紧张，因为这些终端若要与外界通信，需要具备合法的IP地址，如何解决终端的地址问题也是运营商建设交换网络时必须考虑的。
6.3软交换网络的管理
从目前软交换的实现情况来看，基本采用SNMP作为软交换系统的网管协议。但SNMP网管系统有一定的缺陷性，即SNMP网管以静态管理为主，无法针对业务需求对所需各类设备进行综合协调管理，管理的实时性差，并且SNMP基于UDP承载方式，不能保证网管信息的可靠传输。但是，由于软交换网络提供实时业务，因此网管系统还需具备QoS管理能力，目前的软交换网管系统在这方面的能力还比较差，需要进一步的扩展才能满足用户对服务质量的要求。
6.4软交换网络的组网
现有的电话网采用分层的网络模型，随着软交换网络规模的扩大，软交换网络采用何种组网方式目前还没有统一定论，目前达成的共识是软交换层面为不分层的网状结构，但是软交换不分层并不意味着路由不分层，随着网络规模的扩大及用户位置信息的经常变化，如果路由仍然采用软交换内部直接实现的方式，网络规模的扩展性就会非常差。为此，一些厂家针对大规模组网引入了专门提供路由服务的功能实体，但国际上尚没有形成统一的技术标准，因此，有关大规模应用时的组网结构还需进一步研究。
6.5软交换网络协议的成熟性
软交换网络一个重要的特点是开放性，这主要体现在软交换网络的各个网络元素之间采用开放的协议进行通信上。理论上只要各个厂家的设备采用标准协议接口，运营商就可自由选择各个厂家的设备来构建网络。但是，无论协议的制定，还是厂家的开发，接口的标准还有待完善，大多数协议还处于扩充阶段，厂家支持的程度也各不相同，离最终的开放网络还有一段距离。
7结语
NGN经过几年的研究发展，在协议、体系结构、参考模型、网络QoS业务的开发、安全性等方面取得了较大的发展，国内外一些运营商也开始进行NGN的小规模商用，基于分层体系结构的软交换作为NGN的核心技术，能够充分利用现有的传输网络(IP、ATM)的灵活性，采用开放的网络架构体系，方便的开发各种适合客户需求的话音、数据、视频等业务，充分克服了传统电信网络的弱点，电信网络的融合与发展是历史的必然。但是由于软交换技术刚刚起步，软交换在很多方面值得深入研究，同时也需要经历时间和市场的考验。
随着软交换在全球范围内研究和应用的深入，相信以开放、分步、灵活提供业务为基础特征的软交换，在不久的将来一定能够得到长足的发展。
参考文献
［1］赵慧玲，叶华.以软交换为核心的下一代网络技术［M］.北京：人民邮电出版社，2002.
［2］糜正琨，王文鼎.交换技术与协议［M］.北京：人民邮电出版社，2002.
［3］段云峰，宋俊德.软交换体系结构［J］.CTI世界，2002，4：810.
［4］陈建亚，余洁.软交换与下一代网络［M］.北京：邮电大学出版社，2003.
作者：李春峰，俞忠原，孙永辉，孙瑜（同济大学通信与信息系统上海200331）
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